直流穩(wěn)壓電源充電器的設(shè)計模擬電子技術(shù)論文

1、. . . . 科技學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計題 目 直流穩(wěn)壓電源充電器 目錄1 課程設(shè)計的目的32課程設(shè)計的任務(wù)與要求33課程設(shè)計的步驟和要求34課程總體設(shè)計思路45單元電路的設(shè)計56硬件的制作與調(diào)試107總結(jié) 11參考文獻(xiàn)15附錄1：總體電路原理圖16附錄2：元器件清單171 課程設(shè)計的目的1.通過本次課題的設(shè)計,掌握模擬電路系統(tǒng)的設(shè)計方法，設(shè)計步驟。2.學(xué)會直流穩(wěn)壓電源與充電器的設(shè)計方法和性能指標(biāo)測試方法。2 課程設(shè)計的任務(wù)與要求1.設(shè)計并制作一個連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源與充電器，主要技術(shù)指標(biāo)要求 （1） 輸出電壓：交流220V，直流3V，6V（2） 最大輸出電流：500mA（3） 電池充電器

2、：左通道（E1,E2）充電電流5060MA(普通充電)；右通道（E3,E4）充電電流110130mA（快速充電）（4） 穩(wěn)壓電源和充電器可同時使用，但兩者電流之和不能超過500mA2.設(shè)計電路結(jié)構(gòu)，選擇電路元件，計算確定元件參數(shù)，畫出實用原理電路圖。3.自擬實驗方法、步驟與數(shù)據(jù)表格，提出測試所需儀器與元器件的規(guī)格、數(shù)量，交指導(dǎo)教師審核。4.批準(zhǔn)后，進(jìn)實驗室進(jìn)行組裝、調(diào)試，并測試其主要性能參數(shù)。3 課程設(shè)計步驟和要求1.電路圖設(shè)計（1）設(shè)計整個系統(tǒng)是由那幾個模塊組成，各個模塊的信號傳輸，并畫出組成系統(tǒng)方框圖。（2）系統(tǒng)分析：根據(jù)系統(tǒng)功能，選擇各模塊所用電路形式。（3）參數(shù)選擇：根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)的要求

3、，確定各模塊電路中元件的參數(shù)。（4）總電路圖：2.電路安裝與調(diào)試（1）自行設(shè)計印刷電路板，并焊接。（2）在每個模塊電路的輸入端加一個輸入信號，測試輸出端信號，以驗證每個模塊電路能否達(dá)到所規(guī)定的指標(biāo)。（3）重點測試穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)。（4）將各模塊電路連接起來，整機(jī)調(diào)試，并測量該系統(tǒng)的各項指標(biāo)。 4 課程總體設(shè)計思路1. 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計思路（1）電網(wǎng)供電電壓交流220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。（2）降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。（3）脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小

4、的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。（4）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負(fù)載RL。2. 直流穩(wěn)壓電源原理直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出6V、9V的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成，見圖4-1。圖4-1 直流穩(wěn)壓電源方框圖5 單元電路的設(shè)計（1）電源變壓器：電源變壓器的作用是將220v的交流電壓變換為9v的交變電壓，以提供整流濾波電路所需電壓。整流電路由四個整流二極管按橋式整流方法連接對輸入交流電壓進(jìn)行整流。（2）整流電路：利用單向?qū)щ娫?0Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電（

5、3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。（4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。1）整流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖5.1所示。在u2的正半周，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負(fù)半周，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2截止。正負(fù)半周部都有電流流過的負(fù)載電阻RL，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖5-2所示。圖5-1 整流電路圖5-2 輸出波形在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期導(dǎo)電，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即 。電路中的每只二極管承受的最

6、大反向電壓為(U2是變壓器副邊電壓有效值)。2）濾波電路把經(jīng)過橋式整流電路得到的直流電壓的紋波濾去，但其輸出電流電壓不太穩(wěn)定，阻和紋波較大。C1、C2為濾波電容。如圖5-3所示圖5-3 濾波電路3）在設(shè)計中，由于濾波電路輸出電壓和電流不是太穩(wěn)定，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo1=(1.11.2)U2，直流輸出電流： ，穩(wěn)壓電路可以采用復(fù)合管穩(wěn)壓電路。其組成框圖如圖5-4所示整流電路復(fù)合管比較放大器基準(zhǔn)電壓取樣電路保護(hù)電路圖5-4 穩(wěn)壓電路方框圖具有

7、放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路是由調(diào)整元件比較放大，基準(zhǔn)電壓和取樣電路等幾部分組成穩(wěn)壓電路原理圖如圖5-5所示圖5-5 穩(wěn)壓電路原理圖VT1、VT2是復(fù)合管作為電壓調(diào)整管，LED2為發(fā)光二極管同時又有穩(wěn)壓管的作用，提供基準(zhǔn)電壓，R3是它的限流電阻，它們在一起組成穩(wěn)壓電路。電阻R4/R5和R6組成分壓器，其作用是把輸出電壓的變化量取出一部分，加到由VT3組成的放大器的輸入端，所以叫做取樣電路。VT3是比較放大管，R1是它的集電極負(fù)載電阻，也是VT2的基極偏置電阻，它將基極的取樣電壓與發(fā)射極的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較并將其差值進(jìn)行放大。從VT3集電極輸出的信號直接加到復(fù)合管VT1和VT2的基極。VT3輸出

8、電流控制電壓調(diào)整管c、e極間等效電阻的大小。C1、C2、C3是濾波電容。C2、VT1、VT2、R1又組成有源電子濾波電路。穩(wěn)壓電路的過程是這樣的：當(dāng)輸出電壓U0上升時，電路將發(fā)生如下變化：取樣電路從輸出電壓中取樣，使VT3基極電位Ub3上升，因穩(wěn)壓管LED2的作用使VT3發(fā)射極電位Ue3不變，則VT3發(fā)射結(jié)正反偏置電壓Ube3上升，使VT3基極電流Ib3增加，VT3集電極電流Ic3增加，流過R1的電流I增大，R1上壓降增大使復(fù)合管基極電位Ub1下降，使VT1發(fā)射結(jié)正向偏置電壓Ube1下降，VT1基極電流Ib1下降，使VT1的c、e間等效電阻R增加，VT1的c、e極間電壓Uce1增加，從而輸出電

9、壓U0下降，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。同理，當(dāng)輸出電壓U0下降時，有下述變化過程U0 Ub3Ube3Ib3Ic3Ub1 Ube1 Ib1RUce1U0 同樣，當(dāng)電網(wǎng)電壓變化使輸出電壓U0變化時，穩(wěn)壓電路也有上述過程U0Ub3 Uc3Ub1U0調(diào)節(jié)電路中S1的大小可以改變輸出電壓U0的大小S1Ub3 Uc3Ub1U0當(dāng)放大器的放大倍數(shù)越大時，輸出 電壓的穩(wěn)定度就越高。 3直流穩(wěn)壓電源充電器部分從橋式整流電路輸出的直流經(jīng)過電阻R7后，在VT4集電極產(chǎn)生壓降，對電池進(jìn)行普充。快充部分原理與普充電路原理一樣，但由于R9阻值比R7阻值小，而橋式整流電路輸出電壓一定，因此在快充電路產(chǎn)生的電流大。充電器原理圖如圖5-

10、6所示圖5-6充電器原理圖6 硬件的制作與調(diào)試1.焊接與安裝（1）清查元器件的數(shù)量與質(zhì)量，對不合格的元件要與時更換。（2）確定元器件的安裝方式、安裝高度，一般它由該元器件在電路中的作用、印制板與外殼間的距離以與該器件兩安裝孔之間的距離所決定。（3）進(jìn)行引腳處理，即對器件的引腳彎曲成形并進(jìn)行燙錫處理。成形時不能從引腳根部彎曲，盡量把所有字符的器件面置于觀察的位置，字符應(yīng)從左到右（臥式），從上到下（直立式）。（4）插裝：根據(jù)元件位號對號插裝，不可插錯，對有極性的元器件，插孔時應(yīng)特別小心。（5）焊接：各焊點加熱時間與用錫量要適當(dāng)，對耐熱性差的元器件應(yīng)使用輔助工具散熱。防止虛焊、錯焊，避免因拖錫造成短

11、路。（6）焊后處理：剪去多余引腳線，檢查所有焊點，對缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，必要時用無水酒精清洗印制板。（7）蓋后蓋上螺釘：蓋后蓋前需要檢查1）所有與面板孔嵌裝的元件是否正確到位；2）變壓器是否座落在安裝槽；3）導(dǎo)線不可緊靠鐵芯；4）是否有導(dǎo)線壓住螺釘孔或散露在蓋外。2.測試與調(diào)整總裝完畢，按原理圖與工藝要求檢查整機(jī)安裝情況，著重檢查電源線、變壓器連線、輸出連線與兩塊印制板的連線是否正確、可靠，連線與印制板相鄰導(dǎo)線與焊點有無短路與其他缺陷。一切正常時用萬用表歐姆檔測得電源插頭二引腳間的電阻大于500以上，即可通電檢測。a） 測試1）接通電源，綠色通電指示燈（LED1）亮；2)空載電壓：空載時測量通過十字

12、插頭輸出的直流電壓，其值應(yīng)略高于額定電壓；3）輸出極性：撥動S2開關(guān)，輸出極性應(yīng)相應(yīng)變化；4）負(fù)載能力：當(dāng)負(fù)載電流在額定值150mA左右時，輸出電壓的誤差小于10%；5）過載保護(hù)：當(dāng)負(fù)載電流增大到一定值時LED1綠色指示燈逐漸變亮，LED2逐漸變暗，同時輸出電壓下降。當(dāng)電流增大到500mA左右時保護(hù)電路起作用，LED1亮，LED2滅。若負(fù)載電流減小則電路恢復(fù)正常；6）充電電流:充電通道不裝電池，置萬用表于直流電流檔，當(dāng)正負(fù)表筆分別觸與所測通道的正負(fù)極時（兩節(jié)電池為一組），被測通道充電指示燈亮，所顯示的電流值即為充電電流值。也可用儀器測量1、2、3的測試點。b） 調(diào)整：1）若穩(wěn)壓電源負(fù)載在150

13、mA時，輸出電壓誤差大于規(guī)定值的10%時，3伏檔更換R4，6伏檔更換R5，阻值增大電壓升高，阻值減小電壓降低；2）若要改變充電電流值，可更換R7（R9），阻值增大，充電電流減小。阻值減小，充電電流增大。7 總結(jié)結(jié)業(yè)論文是本學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機(jī)會，通過這次比較完整的直流穩(wěn)壓電源與充電器的設(shè)計，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實際問題的能力，同時也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)以與電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以與對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志

14、品質(zhì)力，抗壓能力與耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的目的所在。 雖然畢業(yè)設(shè)計容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。和老師的溝通交流更使我從新的角度對設(shè)計有了新的認(rèn)識也對自己提出了新的要求，通過這次畢業(yè)設(shè)計讓我提前了解了很多知識，這是很珍貴的。 在設(shè)計過程中一些電路圖的繪制讓我很頭痛，原因是由于本身對一些專業(yè)知識的了解不夠，正是基于這種考慮我意識到：要向更完美的進(jìn)行一次設(shè)計，還需要對一些知識進(jìn)行更加深入的了解。 提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計讓我積累了一些實際經(jīng)驗，使我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)

15、變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。經(jīng)過了一個多星期的不停的檢測和修改，終于把最后的電路圖和成品完成了。經(jīng)過了這次課程設(shè)計，大提高了我的動手能力以與分析問題的能力，在老師的熱心的指導(dǎo)下，解決了很多問題，從中也學(xué)到了很多書面上所沒有搞清楚的問題。這次課程設(shè)計，讓我學(xué)到了很多有用的知識和能力，這對以后的學(xué)習(xí)與工作都將是非常有益的。下面是對本設(shè)計的總結(jié):直流穩(wěn)壓電源和充電器是由整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路、充電電路組成。電源變壓器把220V的交流電變成9V的交流電，通過整流橋把交流電變成直流電，然后通過濾波電路

16、和穩(wěn)壓電路得到穩(wěn)定平滑的直流電，可以供給我們?nèi)粘Ｉ钪幸恍┬⌒碗娮赢a(chǎn)品的外接電源，并且可以對5號、7號電池進(jìn)行充電，給我們的日常生活帶來了方便。但是本電路仍具有一些缺點，下面我根據(jù)設(shè)計過程中遇到的一些問題，提出一些改進(jìn)措施：電網(wǎng)電壓波動引起波動時，將通過放大管集電極電阻R1影響復(fù)合管的基極電位，并引起輸出電壓U0的波動。由于引進(jìn)帶輔助電源的串聯(lián)穩(wěn)壓電路。當(dāng)環(huán)境溫度 的變化引起放大管VT3靜態(tài)工作點漂移時，將引起輸出電壓的不 穩(wěn)定。由此引進(jìn)差動放大器電路代替VT3進(jìn)行比較放大。增加集電極負(fù)載電阻R1可增加放大電路的放大倍數(shù)，但同時會使復(fù)合管將不到合適的靜態(tài)工作點，而使穩(wěn)壓電流不能正常工作。由此我

17、們可以采用恒流源負(fù)載代替R1.當(dāng)負(fù)載電流過大或負(fù)載短路時，流過復(fù)合管的額定功耗值而燒壞，因此我們引入限流型、載流型等保護(hù)電路。致半個月的精心準(zhǔn)備，結(jié)業(yè)論文終于到了劃句號的時候，心頭照例該如釋重負(fù)，但寫作過程中常常出現(xiàn)的輾轉(zhuǎn)反側(cè)和力不從心之感卻揮之不去。論文寫作的過程并不輕松：各種壓力的時時襲擾，知識積累的尚欠火候，致使我一次次埋頭于圖書館中，一次次在深夜奮力敲打鍵盤。第一次花費如此長的時間和如此多的精力， 完成一篇具有難度的論文，其中的艱辛與困難難以訴說，但曲終幕落后留下的滋味，是值得我一生慢慢品嘗的。敲完最后一個字符，重新從頭細(xì)細(xì)閱讀早已不陌生的文字，我感觸頗多。雖然其中沒有什么值得特別炫耀

18、的成果，但對我而言，是寶貴的。它是無數(shù)教誨、關(guān)愛和幫助的結(jié)果。我要感我的同學(xué)們，是他們的無私共享和互幫互助，讓我的論文能夠早一天完成。最后，我要感我的指導(dǎo)老師，他在百忙之中能夠給我細(xì)心指導(dǎo)。謹(jǐn)向我的父母和家人表示誠摯的意。他們是我生命中永遠(yuǎn)的依靠和支持，他們無微不至的關(guān)懷，是我前進(jìn)的動力；他們的殷殷希望，激發(fā)我不斷前行。沒有他們就沒有我，我的點滴成就都來自他們。 讓我依依不舍的還有各位學(xué)友、班友和室友。在我需要幫助的時候力力等室友伸出溫暖的雙手，鼎立相助。能和他們相遇、相交、相知，是人生的一大幸事。本論文的完成遠(yuǎn)非終點，文中的不足和淺顯之處則是我新的征程上一個個新的起點。我將繼續(xù)前行！參考文獻(xiàn)1周良權(quán) 傅恩錫 世馨 編 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）M.:高等教育,20052林春景 編模擬電子線路(21世紀(jì)普通高等教育電子信息類規(guī)劃教材) （第一版）M. 機(jī)械工業(yè)，20093玉蓮 編 電子CAD(Protel99SE)實訓(xùn)指導(dǎo)書（第一版）M.電子科技大學(xué)，20074大林 賀學(xué)金 編 黑白電視機(jī)原理與檢修（第三版）M.電子工業(yè)，2007附錄1：總體電路原理圖附錄2：元器件清單序號名稱